岩石破裂过程的渗流特性 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:徐涛

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2004-10-1

价格:38.00元

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787030130310

丛书系列:

图书标签:

• 岩石力学
• 渗流力学
• 破裂力学
• 水力压裂
• 岩石物理
• 数值模拟
• 地下水
• 工程地质
• 多孔介质
• 应力-渗流耦合

《海洋沉积物动力学：沉积、固结与流体活动》 图书简介 本书深入探讨了海洋沉积物的复杂动力学过程，涵盖了从水体中颗粒物的输运、沉积到其在海底经历的固结、脱水以及伴随而生的流体活动等一系列关键环节。海洋沉积物是地球系统物质循环和能量交换的重要载体，其性质和动态变化深刻影响着全球气候反馈、海洋生态系统健康以及海底工程的安全性。本书旨在为地质学、海洋学、土木工程、地球物理学等相关领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入且前沿的理论与实践参考。 全书内容结构严谨，逻辑清晰，分为六个主要部分，共计二十章。 --- 第一部分：海洋沉积物来源与输运 (The Origin and Transport of Marine Sediments) 本部分聚焦于沉积物形成和到达海底的初始阶段。首先，详细阐述了陆源碎屑物质、生物源物质（如硅藻、放射虫、颗石藻的遗骸）以及化学沉淀物在海洋中的来源和组分特征。随后，重点分析了驱动沉积物输运的主导机制，包括： 1. 潮流与波浪作用下的床面动力学： 深入剖析了近岸和浅海区域，波浪破碎、涨落潮引起的床面剪切应力分布，以及不同粒径物质的起动、悬移和沉积阈值。引入了基于非线性波浪理论的沉积物输运模型，并结合海岸带实际案例验证了模型的有效性。 2. 浊积流与海底重力流： 系统阐述了浊积流的触发机制（如地震、斜坡失稳）、流体动力学特征（如剪切层、稀释锋的演化）及其在深海扇的沉积模式。比较了不同密度和粘度流体的行为差异，并讨论了“雪崩式”高浓度流的特殊性。 3. 物质的垂向沉降与絮凝作用： 探讨了颗粒在水体中的沉降速率，特别是粘土和胶体颗粒在盐度增加条件下的絮凝过程。引入了DLVO理论在海洋环境下的修正模型，用以预测细颗粒物的沉降效率和最终的沉积物结构。 --- 第二部分：沉积物界面与初期沉积结构 (Sediment Interface and Initial Deposition Structures) 本部分着眼于沉积物与水体接触的界面现象及其在沉积初期形成的结构。 4. 沉积物界面过程的量化描述： 讨论了沉积物表面与水体之间的物质交换，包括有机质的吸附与解吸、营养盐的释放与捕获。重点分析了界面处的微生物活动如何影响初始沉积物的化学状态。 5. 沉积结构与沉积环境判识： 详细分类和描述了海洋沉积物中常见的层理、交错层、重结构、泥砾、生物扰动构造等。通过对这些微观和宏观结构的分析，重建了沉积事件的顺序和能量等级，强调了利用高分辨率声学技术对地层结构进行无损识别的方法。 6. 生物扰动作用对沉积物改造： 探讨了底栖生物（如蠕虫、双壳类）对沉积物孔隙结构、粒度分布和有机质埋藏效率的影响。量化了不同生物扰动程度下的沉积物混合层厚度及其对早期固结过程的延迟或加速作用。 --- 第三部分：沉积物的固结与有效应力演化 (Consolidation and Effective Stress Evolution of Sediments) 固结是沉积物从高孔隙度向致密结构转变的核心过程，本部分给予了最详尽的论述。 7. 土体力学基本原理与海洋粘土特性： 回顾了Terzaghi固结理论，并针对海洋软质粘土的超固结历史、非饱和特性以及时间依赖性（蠕变）进行了扩展。引入了应力路径法来描述沉积物在自重加载下的有效应力路径。 8. 孔隙水压力在固结中的作用： 详细分析了沉积物堆积速率与孔隙水压力耗散速率之间的关系。重点讨论了高沉积速率下产生的“瞬时固结”现象，即孔隙水压力在沉积物内部累积，导致有效应力降低，甚至引发失稳。 9. 固结过程中的结构演变与渗透率耦合： 阐述了固结过程中颗粒重排导致孔隙率下降，以及由此引起的渗透率的非线性变化。建立了基于微观结构演化的渗透率模型，强调了渗透率各向异性对固结时间和稳定性的影响。 --- 第四部分：沉积物流体活动与热力耦合 (Pore Fluid Activity and Thermo-Mechanical Coupling) 海洋沉积物中的流体活动不仅是固结的伴随现象，也是重要的地质驱动力。 10. 流体活动的多尺度驱动力： 系统分析了驱动沉积物内流体运动的机制，包括固结引起的挤压、地热梯度引起的孔隙流体热膨胀、以及构造应力场变化引起的渗透性通道。 11. 甲烷水合物的形成与稳定性： 深入探讨了在特定温压条件下，海洋沉积物中甲烷与水分子形成笼形晶格（水合物）的过程。分析了水合物稳定性边界、储存量估算方法，以及气候变化对水合物分解和海洋甲烷释放的潜在影响。 12. 热力耦合效应在深海沉积中的体现： 讨论了热流体（如海底热液活动或深部地热梯度）穿过沉积物时，对粘土矿物脱水反应（如伊利石向伊蒙石的转化）和宏观力学性质（如强度、刚度）的耦合影响。 --- 第五部分：沉积物力学强度与失稳机制 (Mechanical Strength and Failure Mechanisms of Sediments) 本部分侧重于评估沉积物在静态荷载或外部扰动下的承载能力。 13. 剪切强度测试方法与模型： 详细介绍了现场和实验室中测量海洋沉积物剪切强度（不固结抗剪强度、有效应力抗剪强度）的各种方法（如直剪、三轴、十字板剪仪）。对比了基于比摩尔（β-factor）和临界孔隙比模型的强度评价体系。 14. 沉积物斜坡失稳的触发机制： 聚焦于海底滑坡和泥石流的发生机理。分析了地震波、沉积物快速堆积、气体（甲烷）析出等多种因素如何降低沉积物的临界稳定系数。 15. 蠕变、应变率敏感性与长期稳定性： 讨论了沉积物在长期恒定荷载下表现出的粘塑性变形特征。建立了描述不同类型沉积物（如泥炭、软粘土）应变率依赖性的本构方程，用以评估数十年乃至数千年尺度的工程结构安全性。 --- 第六部分：沉积物动力学研究的前沿技术与展望 (Frontier Techniques and Future Perspectives) 16. 现场原位监测技术： 介绍了用于实时监测沉积物孔隙压力、有效应力和渗透率变化的先进传感器技术，包括光纤传感网络和超高频声波技术在海底的部署应用。 17. 宏观与微观尺度的联系： 探讨了利用X射线CT扫描、冷冻干燥扫描电镜（FE-SEM）等技术对沉积物内部结构进行三维重建的方法，以及如何将微观颗粒间的接触力、孔隙结构参数与宏观力学响应联系起来。 18. 气体渗流与孔隙结构演化： 专门讨论了气体（如甲烷、二氧化碳）在饱和沉积物中逸散时，如何通过气泡成核、生长和连通形成高渗透性的“气通道”，从而显著改变沉积物的力学性质和流体传导路径。 19. 模型验证与不确定性分析： 强调了将理论模型与现场观测数据进行严格对比验证的重要性，并介绍了蒙特卡洛模拟等方法在评估沉积动力学模型预测不确定性方面的应用。 20. 面向可持续发展的研究方向： 对海洋能源开采、海底管线铺设、海洋碳封存等工程背景下，沉积物动力学未来研究的重点方向进行了展望，特别是对极端条件（如高压深海、快速沉积区）下的本构关系建立提出了新的挑战与机遇。 本书力求在深度和广度上达到新的平衡，其内容完全基于沉积物和土体工程力学、流体力学、沉积学和地球物理学的交叉前沿，不涉及岩石的破裂机制或渗流在岩石介质中的具体特性。全书配有大量图表、实测数据和案例分析，旨在提供一个扎实的知识框架，以应对当前海洋地质工程领域面临的复杂挑战。

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